發(fā)布時(shí)間：2020-06-15 23:54

【摘要】：混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)采用常速電機(jī)和伺服電機(jī)兩種驅(qū)動(dòng)形式,通過(guò)一類特殊滿足常速驅(qū)動(dòng)功能的可控機(jī)構(gòu)進(jìn)行耦合,使動(dòng)平臺(tái)輸出端軌跡具備靈活多變的特點(diǎn),理論上解決了高承載力與柔性化之間的矛盾,是現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的重要分支之一。混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)大功率剛性機(jī)器柔性不足和全柔性機(jī)器造價(jià)昂貴和功率不足的缺點(diǎn),是介于現(xiàn)代化實(shí)時(shí)可控的全柔性機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)的剛性完全不可控機(jī)構(gòu)之間的一種智能化機(jī)構(gòu)。目前混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容主要局限于平面二自由度和三自由度機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制以及應(yīng)用方面;而在向空間機(jī)構(gòu)拓展過(guò)程中受制于機(jī)構(gòu)構(gòu)型技術(shù)瓶頸,對(duì)于空間多自由度連桿式的混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沒有文獻(xiàn)可供參考,空間混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究沒有取得突破性進(jìn)展�；旌向�(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有其獨(dú)特的優(yōu)越性,特別適合少自由度,滿足一定柔性需求的生產(chǎn)線、工廠、醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域,將混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究領(lǐng)域從平面機(jī)構(gòu)拓寬到空間機(jī)構(gòu)是具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文基于混合驅(qū)動(dòng)理論,分析了前人研究的構(gòu)型停留在平面構(gòu)型的原因,結(jié)合冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型特點(diǎn),通過(guò)混合冗余驅(qū)動(dòng)支鏈將兩類機(jī)構(gòu)有機(jī)集成起來(lái),形成一類新的混合冗余驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(HRDM)。文中對(duì)這種新型機(jī)構(gòu)進(jìn)行了基礎(chǔ)理論研究,以新型空間三自由度HRDM構(gòu)型3-PSS/6R為研究對(duì)象,對(duì)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給定軌跡的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)、靜力學(xué)和結(jié)構(gòu)剛度、軌跡規(guī)劃、動(dòng)力學(xué)模型、控制策略、以及實(shí)驗(yàn)和控制系統(tǒng)進(jìn)行探索性研究。本文主要內(nèi)容如下:(1)提出了一類可重構(gòu)的混合冗余驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),這類機(jī)構(gòu)自由度由中間混合冗余驅(qū)動(dòng)支鏈(HRDL)決定,在工作狀況下此支鏈為機(jī)構(gòu)的主要受力部件,由常速電機(jī)和伺服電機(jī)共同驅(qū)動(dòng),其中常速電機(jī)是整個(gè)機(jī)構(gòu)的主要?jiǎng)恿?lái)源,伺服電機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整輸入力矩對(duì)動(dòng)平臺(tái)的軌跡精確補(bǔ)償。(2)分析了 3-PSS/6RHRDM的自由度,建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并對(duì)其工作空間進(jìn)行了分析,得出工作空間圖譜;運(yùn)用ADAMS軟件驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性,驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可控。(3)基于虛位移原理,建立HRDM靜力平衡方程,得到機(jī)構(gòu)輸入驅(qū)動(dòng)和廣義力之間的關(guān)系。HRDM支鏈較一般機(jī)構(gòu)多,考慮重力對(duì)機(jī)構(gòu)的靜力分析的影響不可忽略。因此,將各機(jī)構(gòu)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的重力因素重新考慮到靜力分析中,建立新的靜平衡方程。采用拆桿法將HRDM機(jī)構(gòu)中的桿件從運(yùn)動(dòng)副處拆開,結(jié)合虛功原理,分析各個(gè)運(yùn)動(dòng)副的受力情況。(4)機(jī)構(gòu)的剛度好壞,直接決定機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能的好壞,是機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)。建立機(jī)構(gòu)剛度模型,運(yùn)用有限元法對(duì)機(jī)構(gòu)的剛度進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)有限元分析得到機(jī)構(gòu)的振動(dòng)特性、應(yīng)力和變形情況,得到HRDM結(jié)構(gòu)中存在的薄弱環(huán)節(jié),為機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論支撐。(5)運(yùn)用拉格朗日法建立了 3-PSS/6R機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析得到中間HRDL支鏈不僅能夠提高機(jī)構(gòu)的剛度,還是機(jī)構(gòu)的主要?jiǎng)恿?lái)源,相比對(duì)稱支鏈,中間支鏈承擔(dān)了整個(gè)動(dòng)力源的大部分,設(shè)計(jì)中要考慮增加中間支鏈的強(qiáng)度,其余對(duì)稱分布的支鏈承受的力非常小可以用較小功率的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。HRDL支鏈一個(gè)電機(jī)為不可控的常速電機(jī),周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng),在工作周期內(nèi),提供主要的動(dòng)力,通過(guò)優(yōu)化伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩能夠明顯降低對(duì)稱支鏈的力。因此,HRDM機(jī)構(gòu)有其獨(dú)特性,其性能可通過(guò)控制方法對(duì)其優(yōu)化。(6)針對(duì)文中提出的一類n-DOF混合冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu),在可重構(gòu)理論基礎(chǔ)上,從實(shí)驗(yàn)需求出發(fā),提出了一種模塊化可重構(gòu)的開放式控制系統(tǒng)架構(gòu)。以文中研究的3-PSS/6R為例,提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)姆答伨�性化控制策略。最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該機(jī)構(gòu)的軌跡可控。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH112
【圖文】：

圖１．３混合驅(qū)動(dòng)六足機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｐｌａｔｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ｈｙｂｒｉｄ邋ｄｒｉｖｅｎ邋ｈｅｘａｐｏｄ邋ｒｏｂｏ（３）康復(fù)機(jī)構(gòu)逡逑混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被開發(fā)出應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域。尹光才［８１］分析了人體

逡逑生特性及良好的運(yùn)動(dòng)特性，如圖１．５所示。逡逑框架康？思者．．．腰帶邋重力＇平衡逡逑ｍ逡逑枈，

本文編號(hào)：2715186